课程设计说明书催化反应器设计解析

课程设计说明书

武汉工程大学

化工与制药学院

课程设计说明书

课题名称催化反应器设计

专业班级

学生学号

学生姓名

学生成绩

指导教师

课题工作时间

武汉工程大学化工与制药学院

课程设计任务书

专业班级学生姓名

发题时间：年月日

一．课题名称

1万吨/年产邻二甲苯催化氧化制邻苯二甲酸酐反应器的设计二．课题条件（文献资料、仪器设备、指导力量）

在过量空气存在情况下，以五氧化二钒为催化剂对邻二甲苯氧化制备邻苯二甲酸酐产品，反应气中的苯酐产品通过两级冷却得以回收，第一级得到液体产品，第二级得到固体产品，最后，对粗品采用精馏的方法进行精制。反应器为列管式固定床反应器，管内装球型催化剂，管外采用熔盐循环以移走放应热，并副产高压水蒸气。反应产物以气体的形式从反应器移出，进入气体冷却器，用高压水冷却，并副产中压蒸汽。粗品采用精馏的方法进行精制得到产品邻苯二甲酸酐。邻二甲苯的转化率为100％，转化为苯酐的选择性为79％.生产时间按每年8000h 计算。

三．设计任务（含实验、分析、计算、绘图、论述等内容）

使用迭代方法来确定满足所有关于邻二甲苯转化率和温度分布要求的最优设计。由计算机模拟得到的设计参数包括：完全反应所需的管长，为有效控制温度所需的管径，能将温差减小到可接受程度的冷却剂流量以及为有效散热和防止反应器内出现热点所需的总传热系数。（设计参数包括：反应管直径长度、催化剂装填高度、壳程换热面积、压力降、冷却剂流量、沿管程温度分布、沿管程组成分布、传热速率、反应物及产物和冷却剂的流速。

要求：编写邻苯二甲酸酐催化反应器模拟计算的FORTRAN程序，并在计算机上计算出上述各项设计参数；用CAD画出邻二甲苯氧化制邻苯二甲酸酐的工艺流程图及催化反应器的外型图；设计说明书逻辑清楚，层次分明，书写工整，独立完成；附简短的中、英文摘要。

四．设计所需技术参数

序号名称反应器进料组成（％）反应器出口气体组成（％）

1 邻二甲苯9.5 －

2 氧气19.0 5.3

3 氮气71.5 71.5

4 苯酐－10.5

5 马来酸酐－0.6

6 CO2－ 6.6

7 水－ 5.5

8 杂质－0.1

9 反应原料进口温度205℃

10反应温度307℃

11反应器出口温度307℃

12熔盐组成40％NaNO2,7%NaNO3 ,53%KNO3(Wt%)

13熔盐入口温度371℃

14熔盐出口温度385℃

15反应压力175kPa

五．设计说明书内容

1．设计任务书

2．题目名称，目录及页码

3．前言包括设计依据、主要内容、特点等

4．按设计任务顺序说明

5．结语包括设计体会、收获、评述、建议、致谢等

6．参考文献

7．主要技术符号说明

六．进度计划

1．设计动员，下达任务 0.5天2．收集资料，阅读教材，理顺设计思路 0.5—1.5天3．编程，调试，设计计算 3－5天4．整理设计资料，撰写设计说明书 2天5．指导教师审查，答辩 2天

指导教师签名：教研室主任签名：

年月日年月日

化工与制药学院

《课程设计》综合成绩评定表

年月日年月日

摘要

化学反应器是整个化工工艺流程的核心设备，是化工生产中实现化学物质转化的必要工序，被誉为化工厂的“心脏”。本次课程设计是综合运用已学课程知识，完成以一个单元设备反应器设计为主的一次实践性教学，是连接理论和实际的重要桥梁，在整个教学过程中起到培养学生实际能力的重要作用。使用迭代方法来确定满足所有关于邻二甲苯转化率和温度分布要求的最优设计。运用计算机模拟并计算得到管长、管径、压力降、冷却剂流量等设计参数。反应器设计要求学生更加熟悉化工工程设计的基本内容。宗旨是使学生能够熟练掌握化工生产工艺设计理念、设计程序和设计方法，锻炼学生分析问题、解决问题的能力。培养学生综合理论知识解决实际问题的能力，训练学生的计算能力和思考问题的能力，训练学生查阅技术资料、选用公式、搜集数据和制图的能力。

关键词：催化反应器；设计；邻二甲苯

Abstract

Chemical reactor is the core of the entire chemical process equipment, chemical production processes is necessary to achieve the transformation of chemical substances, chemical plant known as the "heart." The course has been designed to be integrated use of knowledge courses, complete with a unit device once the reactor design based practical teaching, is to connect theory and practice important bridge, play an important practical ability of students in the teaching process effect. Using an iterative method to determine satisfy all about the o-xylene conversion rate and temperature distribution optimum design requirements. The use of computer simulation and calculate the tube length, diameter, pressure drop, coolant flow and other design parameters. Reactor design requires students to become more familiar with the basic content of chemical engineering. Aim is to enable students to master the chemical production process design, design process and design methods, training students to analyze problems, problem-solving abilities. Students 'comprehensive theoretical knowledge and ability to solve practical problems, training of students of computing power and the ability to think, and training students' ability to access technical data, the choice of formulas, data collection and mapping.

Keywords：catalytic reactor；design；o-xylene